CALIBRACIÓN DE MANÓMETROS

 

LABORATORIO DE TERMODINÁMICA II  Semestre marzo 2010 – agosto 2010  CALIBRACIÓN DE MANÓMETROS     

CALIBRACIÓN DE MANÓMETROS    Para ésta práctica en primer lugar se debe revisar lo siguiente: • La parte referente a: Presión, El Manómetro y El Barómetro y la presión atmosférica del libro de Cengel. (Por ejemplo de la cuarta edición se debe revisas los temas 1.10, 1.11 y 1.12). • Se debe revisar toda la teoría que consta en el presente documento.

CALIBRACIÓN  Se refiere a establecer la correspondencia entre las indicaciones de un instrumento de medida y los valores de la magnitud que se mide con el mismo con respecto a ciertos patrones de medida. El procedimiento de calibración en si consiste en realizar varias medidas sucesivas con el fin de comparar dichas medidas con los patrones de medición y lograr que los diferentes instrumentos de medida den la lectura correcta. La importancia de calibrar los equipos es: • Tener una alta eficiencia en los diferentes equipos y trabajos que se realizan con los mismos. • Control y seguridad, debido a que por ejemplo al medir mal una presión con un manómetro que no ha sido calibrado adecuadamente se pueden dar muchos accidentes. • Se puede verificar la edad y estado de los equipos. • Se pueden obtener certificados de calidad. (Por ejemplo ISO 9000)

EQUIPO DE PESOS MUERTOS  El equipo de pesos muertos sirve para calibrar manómetros en base a presiones conocidas dadas por un juego de pesas propias del equipo. Su funcionamiento se basa en equilibrar la presión ejercida por el fluido de trabajo (aceite), la presión del peso conocido que se aplica sobre el aceite y la lectura que se obtenga en el manómetro (objeto de calibración). Se deben realizar las correcciones que sean necesarias sobre el manómetro para que su lectura sea equivalente a la presión aplicada. En el equipo de pesos muertos se debe dar mucho énfasis en ésta práctica por lo que se va a analizar las diferentes partes del mismo:

Pesas de equipo  Mediante las mismas se ejerce una presión conocida en aceite del equipo que a su vez se debería visualizar en el manómetro, en si las pesas ejercen una fuerza en el equipo pero como se sabe que la presión es fuerza sobre área, al ejercer dicha fuerza (masa por gravedad) sobre un área específica da el valor de presión. Las pesas son específicas de cada uno de los equipos de pesos muertos debido a que se obtiene una presión respecto a una área específica (1/16 pulg2), que en si es la referente a la parte inferior del pistón de presión real. El equipo de laboratorio tiene 1 pesa de 10 psi, 2 pesas de 20 psi, 1 pesa de 50 psi, 1 pesa de 100 psi, 1 pesa de 190 psi y 8 pesas de 200 psi, además se debe considerar que el pistón de presión real ejerce una presión de 10 psi.

¿Cuándo se debe tomar el valor de la presión en el manómetro?  En primer lugar se sabe que todas las presiones con las que se trabaja en el equipo de pesos muertos son manométricas, además se sabe que no se ejerce una presión equivalente al de las pesas conocidas con tan solo ubicarlas, pues se equilibra la presión de las pesas con la del manómetro aumentando la presión del aceite con el volante que a su vez mueve el pistón de compresión, a medida que se presuriza el aceite se va a llegar a equilibrar la presión de las pesas (conocida) y la del manómetro con la del pistón de compresión, esto se observa cuando el pistón de presión real queda suspendido sin tocar ni en la parte superior ni inferior del equipo, es decir la medida en el manómetro se debe tomar en el momento que se indica en la figura: Se observa que el pistón de presión real se encuentra en equilibrio, además, la presión real de la figura sería 50 psi ya que se tienen 2 pesas de 20 psi y 10 psi que ejerce el pistón de presión real, si el manómetro estuviera calibrado debería marcar los mismos 50 psi, caso contrario se debe proceder con la calibración del mismo.

         

Válvula de purga del equipo de pesos muertos.  Se utiliza para purgar el equipo de pesos muertos, si se abre totalmente ésta válvula, y se procede a girar el volante comprimiendo así el aceite, procede a salir el mismo por la válvula y de esta manera de purga el equipo ya que se saca todo el aire que se encuentre

en su interior, además se sabe que cuando la válvula está abierta es cuando se tiene como presión la atmosférica por lo que la presión manométrica es cero (al estar calibrado el manómetro debería marcar cero). Se debe tener ciertos cuidados con ésta válvula ya que al estar abierta la presión manométrica es cero, entonces si está presurizado y con pesas el equipo al abrir la misma se va a bajar la presión repentinamente.

Presencia de aire en el equipo  En si el fluido de trabajo del equipo es aceite, si se tiene parte de aire en el equipo, se debe destacar que no se tendría errores en la medida pero si en la capacidad del equipo, esto se debe a que el aire se comprime con mayor facilidad que el aceite, entonces se necesita un mayor desplazamiento del pistón de compresión para aplicar la misma presión con respecto al desplazamiento que se necesitaría si no hubiera presencia de aceite en el equipo.

¿Se debe despreciar la presión que se da por  diferencia de altura entre  el manómetro y las pesas?  Se sabe que si el manómetro está más arriba, si se va a tener una presión del aceite debido a la altura que sería calculada como el producto de la densidad por la gravedad y por la diferencia de alturas, pero al hacer el respectivo cálculo se obtiene un valor en el orden de las décimas de psi, lo que hace posible poder despreciar dicha presión.

¿Cómo se ejerce presión en el equipo con el fin de equilibrar la presión  conocida con la presión del manómetro?  La presión al fluido de trabajo se da girando el volante que a su vez comprime con el pistón que se controla con el mismo, además la válvula de purga debe estar cerrada para que no se tenga presión manométrica cero, todo esto hace que se aumente la presión en el equipo y en cierto punto se tiene en equilibrio el pistón de presión real y ahí se debe tomar la medida en el manómetro, mientras se gira el volante lentamente, también se le debe dar un movimiento tangencial a las pesas, esto se debe a que las pesas y el pistón de presión real deben vencer las fuerzas de rozamiento para subir entonces se sabe que el coeficiente de rozamiento estático es mucho mayor que el coeficiente de rozamiento cinética, entonces al girar las pesas se debe vencer la fuerza de rozamiento cinética y es más fácil de lograrlo.

¿Cómo se analiza el estado del manómetro?  En primer lugar se sabe que se tiene una secuencia (Secuencia C), desarrollada en la tesis de prácticas de laboratorio para tomar los datos de presión real y presión medida, con los mismos que se realiza una gráfica de presión medida vs. Presión real para analizar el comportamiento del manómetro. En base a ésta recta se debe analizar las fallas de manómetro y en base a esto proceder a calibrarlo. La secuencia que se debe seguir para tomar los datos es la siguiente:

En base al gráfico se puede observar que en primer lugar se debe tomar cuando la presión real es cero de ahí se procede a poner 2000 psi y descargar totalmente, después se procede con el proceso de carga de 200 psi en 200 psi hasta los 2000 psi y posteriormente el proceso de descarga de igual manera que se lo hizo en el proceso de carga. Se procede a realizar la gráfica de Presión medida vs. Presión real y nos interesa la recta que se forma bien sea en carga o descarga, se analiza la gráfica y se procede a calibrar el manómetro, para comprobarlo después únicamente se lo hace con 2 puntos separados que puede ser con 100 psi y 1000 psi o los que se consideren adecuados, se vuelve a realizar la gráfica y se analiza nuevamente el estado del manómetro, se debe continuar este proceso hasta cuando se encuentre correctamente calibrado el manómetro. Después se procede a realizar la verificación del manómetro realizando una vez más la secuencia C explicada anteriormente.

Análisis del estado del manómetro en base a la gráfica P medida vs.  P real  Al tomar valores de presión medida y presión real y graficarlos se puede deducir fácilmente que un manómetro estaría calibrado si la recta que se obtiene parte desde el origen y también está a 45 grados, ya que con este tipo de recta se sabría que se tiene 1000 psi de presión medida con 1000 psi de presión real y así en todos los valores incluido en 0 psi. Es decir cualquier recta que no parta desde el origen y que no tenga una inclinación de 45º, nos indica que el manómetro no está calibrado. Entonces se tiene 2 posibilidades para que no esté calibrado un manómetro que son: • Si la recta que se obtiene tiene un ángulo de 45 grados de inclinación pero no parte desde el origen, el problema es de encerado. • Si la recta tiene un ángulo menor a 45º significa que al manómetro le falta amplificar la medida y al contrario si tiene un ángulo mayor a 45º el manómetro da presiones medidas mayores a las presiones reales. Vale destacar que por lo general un manómetro puede tener los 2 problemas de calibración, entonces en primer lugar se debe corregir el problema de pendiente de la recta y posteriormente encerar el manómetro.

A continuación se presentan gráficos de las diferentes posibilidades de los estados de manómetro.

Pmedida vs. Preal 1200 1000 800 600 400 200 0 0

200

400

600

800

1000

1200

Gráfico No. 1 En este caso el manómetro está calibrado ya que parte desde el origen y tiene una inclinación de 45º

Pmedida vs. Preal 1200 1000 800 600 400 200 0 0

200

400

600

800

1000

1200

Gráfica No. 2 El manómetro no está calibrado a pesar de tener un ángulo de 45º, no parte desde el origen por lo que tiene un problema de encerado

Pmedida vs. Preal 1200 1000 800 600 400 200 0 0

200

400

600

800

Gráfica No. 3 El manómetro está dando valores mayores a la presión real, debe ser calibrado a pesar de partir desde el origen

Pmedida vs. Preal 700 600 500 400 300 200 100 0 0

200

400

600

800

1000

1200

Gráfica No. 4. El manómetro tiene un problema de amplificación por lo que debe calibrarse a pesar de que parta desde el origen

Pmedida vs. Preal 700 600 500 400 300 200 100 0 0

200

400

600

800

1000

1200

Gráfica No. 5. Se observa que el manómetro tiene ambos problemas de calibración, no tiene un ángulo de 45º ni tampoco parte del origen, normalmente los manómetros tienen este problema, primero se debe corregir la pendiente y luego encerar el manómetro (que parta desde el origen en la gráfica).

Tornillos de calibración del manómetro   

1  Vista posterior del manómetro

2 

Vista frontal del manómetro En el manómetro se tiene 2 tornillos de calibración, uno en la parte posterior y otro en la parte frontal del equipo, el tornillo 1 de calibración nos ayuda a amplificar más o menos la medida real (corregir la pendiente o ángulo de inclinación de la recta Pmedida vs. Preal), y el tornillo 2 que nos permite encerar el manómetro. A continuación se observa las diferentes posiciones con las que se puede variar el tornillo 1.

De acuerdo al gráfico anterior se observa con la flecha los diferentes movimientos que se puede realizar con dicho tornillo, por lo que se pueden tener 2 movimientos: • Si se mueve hacia la derecha (hacia el eje del manómetro), se amplifica más, es decir esto se debe hacer cuando la Presión medida es menor a la Presión real (Gráfico 4 y Gráfico 5), esto se lo debe realizar hasta comprobar que se tiene 45º en la gráfica. • Si se mueve hacia la izquierda (hacia la parte externa del manómetro), la medida se amplifica menos, por lo que esto se debe hacer cuando la Presión medida es mayor que la real (Gráfico 3). Una vez que se logre tener un ángulo de inclinación en la gráfica de Pmedida vs. Preal de 45º (Gráfico 1 y Gráfico 2), se debe proceder a encerar el manómetro para lo cual se usa el tornillo 2, con este lo único que se hace es mover la recta paralelamente hacia el cero, por lo que con este tornillo se corrige el cero del manómetro. (Se pasaría del gráfico 2 al gráfico 1).

NOTA:  •

• •

Se ha explicado que se hace con cada movimiento del tornillo 1 de calibración, pero se debe analizar e identificar por qué se amplifica si se mueve el tornillo hacia la derecha y porque se deja de amplificar si se mueve el tornillo hacia la izquierda. Se debe analizar bien la parte donde se explica sobre las pesas y la presión que éstas producen con la respectiva área. Este material es de uso exclusivo de los estudiantes de termodinámica II del semestre 2010-2